專利名稱：氫生成裝置、具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)、氫生成裝置以及其運行方法。更為詳 細的是，涉及在啟動時將燃料氣體的燃燒熱使用于裝置的加熱的氫生 成裝置、具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法。
背景技術(shù)：
使用燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)一般具備有重整器的氫生成裝置以 及燃料電池。重整器具備充填有催化水蒸氣重整反應(yīng)的重整催化劑的 反應(yīng)器以及利用燃燒熱加熱該反應(yīng)器的燃燒器。通過使烴類氣體等的 原料氣體和水蒸氣流通于被加熱了的反應(yīng)器中，從而通過水蒸氣重整 反應(yīng)而產(chǎn)生含氫氣體。從重整器排出的含氫氣體通過燃料電池等后回 到燃燒器而被燃燒，并加熱反應(yīng)器。由該加熱從而供給作為吸熱反應(yīng) 的水蒸氣重整反應(yīng)所需要的熱。
為了降低含氫氣體中的一氧化碳濃度，氫生成裝置有時具備轉(zhuǎn)化 器或者凈化器。在該構(gòu)成中，轉(zhuǎn)化器或者凈化器有必要被維持在對反 應(yīng)適宜的溫度。轉(zhuǎn)化器或者凈化器通過使高溫的含氫氣體流通而被加 溫，而通過進一步將空氣供給至轉(zhuǎn)化器或者凈化器，可以使含氫氣體 和空氣發(fā)生反應(yīng)，并利用反應(yīng)熱有效地加熱轉(zhuǎn)化器或者凈化器。
為了維持燃燒而向燃燒器供給空氣?？諝馊绻蛔?，那么就會不 完全燃燒，并引起沒燒盡而自滅或者產(chǎn)生一氧化碳。因此，在專利文 獻1中所公開的燃燒器中，為了不發(fā)生不完全燃燒，為了將來自燃燒 器的排放氣體的殘存氧濃度維持在一定值以上，根據(jù)原料氣體的供給 量來決定給燃燒器的空氣的供給量。
專利文獻2以及專利文獻3公開了控制供給至配設(shè)于燃料電池的 重整器中的燃燒器(burner)的空氣流量的方法。在專利文獻2所公開 的方法中，根據(jù)原燃料的流量控制給燃燒器的空氣供給量。在專利文 獻3所公開的方法中，根據(jù)發(fā)電電流或者根據(jù)用于原料重整的應(yīng)答時間來控制給燃燒器的空氣供給量。在專利文獻3中，進一步，在現(xiàn)有 技術(shù)欄中公開了分析燃燒排放氣體的氧濃度并以使殘存氧為2~3%以 上的方式向燃燒器供給空氣的方法。
專利文獻1:日本特開2002-267159號公報 專利文獻2:日本特許3212181號公報 專利文獻3:日本特許3718391號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述現(xiàn)有的構(gòu)成中，啟動時特別是燃燒器的燃燒狀態(tài)變 得不穩(wěn)定，會有火焰沒燒盡而自滅或者由于不完全燃燒而容易產(chǎn)生一 氧化碳的問題。
本發(fā)明是為了解決該課題而做出的，目的在于提供可以抑制在燃 燒器中的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加的氫 生成裝置、含有該裝置的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法。
本發(fā)明人對在上述現(xiàn)有的構(gòu)成中燃燒器(burner)(燃燒器)的燃 燒狀態(tài)不穩(wěn)定的原因作了悉心的研究。其結(jié)果是得到了以下的見解。
在氫生成裝置啟動時，通過了重整器的原料氣體通過系統(tǒng)內(nèi)部的 氣體流路而回到重整器的燃燒器并且被燃燒，在進行裝置的升溫的時 候，在裝置的溫度變得充分高的階段(到達水能夠被蒸發(fā)的溫度的階 段)，將重整水供給至重整器之后被供給的水蒸發(fā)，體積增加至1200 倍以上。于是，從重整器向燃燒器連接的氣體流路內(nèi)的含有原料氣體 的可燃性氣體向燃燒器急劇壓出，造成燃燒器暫時性地處于燃料過剩 狀態(tài)，這被推測為造成沒燒盡而自滅或燃燒排放氣體中的一氧化碳量 增加的原因之一。
另外，在氫生成裝置啟動的時候，通過了重整器的原料氣體通過 系統(tǒng)內(nèi)部的氣體流路而返回到重整器的燃燒器并被燃燒，在進行裝置 的升溫時，當開始向轉(zhuǎn)化器或者凈化器供給空氣之后，從重整器向燃 燒器連接的氣體流路內(nèi)的含有原料氣體的可燃性氣體的流量增加，燃 燒器同樣處于燃料過剩狀態(tài)，這成為在燃燒器中沒燒盡而自滅或者燃 燒排放氣體中的一氧化碳量增加的原因之一。
另外，當從重整器向燃燒器連接的氣體流路內(nèi)的含有原料氣體的可燃性氣體的流量增加之后，燃燒器的背壓增高，燃燒用的空氣供給 裝置的空氣供給壓力相對降低，從而使供給燃燒器的空氣供給量不足， 這也成為沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量增加的原因之一。
本發(fā)明者基于上述見解而想到了在將流過了氫生成裝置內(nèi)的含 有原料氣體的可燃性氣體返送到燃燒器并進行燃燒加熱的情況下，通 過與開始向重整器或者從重整器至燃燒器的氣體流路中供給與原料氣 體不同的氣體的動作(開始向重整器供給重整水或者開始向轉(zhuǎn)化器或 者凈化器供給空氣)相聯(lián)動，而以增加給燃燒器的空氣供給量的方式 使燃燒用空氣供給器進行工作，從而能夠抑制火焰的沒燒盡而自滅或 者不完全燃燒的進行。
艮P，為了解決上述課題，本發(fā)明的氫生成裝置，其特征在于具 備重整器，由原料氣體生成含氫氣體；第一氣體供給器，供給所述 原料氣體；燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加熱重整器； 燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣；第二氣體供給器，對所 述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器為止的流路供給與所述原料 氣體不同的其它的氣體；以及控制器；在從所述第一氣體供給器向所 述重整器供給所述原料氣體并在所述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時 候，在開始從所述第二氣體供給器供給所述其它氣體的情況下，所述 控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給
利用該構(gòu)成，可以抑制相應(yīng)于開始向流路供給與排出氣體不同的 氣體時的給燃燒器的含原料氣體的可燃性氣體流量的增加而相對減少 空氣的供給量的情況，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡而自滅或者燃燒 排放氣體中的一氧化碳量的增加。
另外，在上述氫生成裝置中也可以是，所述第二氣體供給器是向 所述重整器供給水蒸氣的水蒸氣供給器，在開始從所述水蒸氣供給器 供給水蒸氣的情況下，所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加 給所述燃燒器的空氣的供給量。
根據(jù)該構(gòu)成，在開始向重整器供給水蒸氣的時候，給燃燒器的含 有原料氣體的可燃性氣體流量增加，但是可以抑制空氣的供給量相應(yīng)于該增加而相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡而自滅或者燃燒 排放氣體中的一氧化碳量的增加。
或者，在上述氫生成裝中可以是，所述水蒸氣供給器具備水供給 器和水蒸發(fā)器，所述水蒸發(fā)器用于使從所述水供給器供給的水蒸發(fā)并 將得到的水蒸氣供給至所述重整器；在開始從所述水供給器供給水的 情況下，所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器 的空氣的供給量。
根據(jù)該構(gòu)成，雖然在開始向水蒸發(fā)器供給重整水的時候，產(chǎn)生水 蒸氣，給燃燒器的含有原料氣體的可燃性氣體流量增加，但是可以抑 制空氣的供給量相應(yīng)于該增加而相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒 燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。
另外，在上述氫生成裝置中也可以是，在開始從所述水供給器供 給水之前，所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以慢慢增加給所述 燃燒器的空氣的供給量。
根據(jù)該構(gòu)成，因為不是突然增加給燃燒器的空氣供給量，所以能 夠抑制由于空氣過剩而造成的吹滅火焰等。
另外，在上述氫生成裝置中也可以是，具備轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器通
過轉(zhuǎn)化反應(yīng)降低所述含氫氣體中的一氧化碳濃度；所述第二氣體供給 器是向所述轉(zhuǎn)化器供給空氣的第一空氣供給器，在從第一空氣供給器 對所述轉(zhuǎn)化器開始供給空氣的情況下，所述控制器控制所述燃燒用空 氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量。
根據(jù)該構(gòu)成，雖然在開始向轉(zhuǎn)化器供給空氣的時候，給燃燒器的 含有原料氣體的可燃性氣體流量增加，但是空氣的供給量相應(yīng)于該增 加也增加，從而可以抑制其相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡 而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。
另外，在上述氫生成裝置中也可以是，具備凈化器，該凈化器通 過選擇氧化反應(yīng)而降低所述含氫氣體中的一氧化碳濃度；所述第二氣 體供給器是向所述凈化器供給空氣的第二空氣供給器，在從所述第二 空氣供給器對所述凈化器開始供給空氣的情況下，所述控制器控制所 述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給。
根據(jù)該構(gòu)成，雖然在開始向凈化器供給空氣的時候，給燃燒器的含有原料氣體的可燃性氣體流量增加，但是可以抑制空氣的供給量相 應(yīng)于該增加而相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡而自滅或者燃 燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。
另外，在上述氫生成裝置中也可以是，在增加給所述燃燒器的空 氣的供給后，經(jīng)過指定的時間之后，所述控制器進行控制以減少給所 述燃燒器的空氣的供給量。
根據(jù)該構(gòu)成，相應(yīng)于給燃燒器的含有原料氣體的可燃性氣體供給 量的減少(與給燃燒器的氣體供給量的減少相聯(lián)動)而也減少空氣供 給量，從而能夠抑制由于空氣過剩而吹滅火焰等。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備上述的氫生成裝置以及使用由 所述氫生成裝置供給的含氫氣體進行發(fā)電的燃料電池。
根據(jù)該構(gòu)成，可以將穩(wěn)定供給的含氫氣體用于燃料而進行發(fā)電。
另外，本發(fā)明的氫生成裝置的運行方法其特征在于所述氫生成 裝置具備重整器，由原料氣體生成含氫氣體；第一氣體供給器，供 給所述原料氣體；燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加熱 重整器；燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣；以及第二氣體 供給器，對所述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器為止的流路供 給與所述原料氣體不同的其它的氣體；在從所述第一氣體供給器向所 述重整器供給所述原料氣體并在所述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時 候，在開始從所述第二氣體供給器供給所述其它氣體的情況下，所述 燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量的方式進行工 作。
根據(jù)該構(gòu)成，可以抑制空氣的供給量相應(yīng)于在開始向流路供給與 排出氣體不同的氣體的時候的給燃燒器的含有原料氣體的可燃性氣體 流量的增加而相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡而自滅或者燃 燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運行方法其特征在于所述燃料 電池系統(tǒng)具備重整器，由原料氣體生成含氫氣體；第一氣體供給器， 供給所述原料氣體；燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加 熱重整器；燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣；第二氣體供 給器，對所述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器為止的流路供給與所述原料氣體不同的其它的氣體；以及燃料電池，使用所述含氫氣 體進行發(fā)電；在從所述第一氣體供給器向所述重整器供給所述原料氣 體并在所述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時候，在開始從所述第二氣 體供給器供給所述其它氣體的情況下，所述燃燒用空氣供給器以增加 給所述燃燒器的空氣的供給量的方式進行工作。
根據(jù)該構(gòu)成，可以抑制空氣的供給量相應(yīng)于在開始向流路供給與 排出氣體不同的氣體的時候的給燃燒器的含有原料氣體的可燃性氣體 流量的增加而相對減少，可以抑制在燃燒器中的沒燒盡而自滅或者燃 燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。
本發(fā)明具有上述的構(gòu)成，并起到以下的效果。即，能夠提供氫生 成裝置、具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法，該氫生 成裝置在使用在氫生成裝置內(nèi)流通的含有原料氣體的可燃性氣體而在 燃燒器中進行燃燒加熱的時候，可以抑制在開始向重整器或者從重整 器到燃燒器的氣體流路供給與原料氣體不同的其它的氣體的情況下的 沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。


圖1是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子 的框圖。
圖2是表示在第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)啟動時的各個階段中 的氣體的總流量、給燃燒器的原料氣體供給量、供給至燃燒器的氣體 中的原料氣體濃度、在燃燒器中的完全燃燒所需要的空氣供給量的表。
圖3是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)啟動后的給燃燒器的空 氣供給量的變化的圖。
圖4是表示在第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)啟動時利用控制裝置 lll進行控制的流程圖。
圖5是表示第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子 的框圖。
圖6是表示第三實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子 的框圖。
符號說明100. 燃料電池系統(tǒng)
101. 重整器
102. 燃燒器(burner)
103. 轉(zhuǎn)化器
104. 凈化器
105. 燃料電池
106. 重整水蒸發(fā)部
107. 重整水供給裝置
108. 燃燒器空氣供給裝置
109. 第一三通閥
110. 第二三通閥
111. 控制裝置
112. 重整器溫度檢測器
113. 轉(zhuǎn)化器溫度檢測器
114. 凈化器溫度檢測器
115. 計時裝置
116. CPU
117. 存儲器
200. 燃料電池系統(tǒng)
201. 重整器
202. 燃燒器(burner)
203. 轉(zhuǎn)化器
204. 凈化器
205. 燃料電池
207. 轉(zhuǎn)化空氣供給裝置
208. 燃燒器空氣供給裝置
209. 第一三通閥
210. 第二三通閥
211. 控制裝置
212. 重整器溫度檢測器
213. 轉(zhuǎn)化器溫度檢測器214.凈化器溫度檢測器
215.計時裝置
216.CPU
217.存儲器
300.燃料電池系統(tǒng)
301.重整器
302.燃燒器
303.轉(zhuǎn)化器
304.凈化器
305.燃料電池
307.凈化空氣供給裝置
308.燃燒器空氣供給裝置
309.第一三通閥
310.第二三通閥
311.控制裝置
312.重整器溫度檢測器
313.轉(zhuǎn)化器溫度檢測器
314.凈化器溫度檢測器
315.計時裝置
316.CPU
317.存儲器
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。 (第一實施方式)
圖1是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子 的框圖。以下參照圖l，對本實施方式的燃料電池系統(tǒng)，分成硬件和控 制系統(tǒng)來加以說明。
首先，就有關(guān)硬件作如下說明。如圖1所示，本實施方式所涉及
的燃料電池系統(tǒng)100的硬件具備供給水(重整水)的作為本發(fā)明的
水供給器的一個例子的重整水供給裝置107，供給甲烷或者丙烷等的烴類的原料氣體的作為本發(fā)明的第一氣體供給器的一個例子的原料供給 裝置118，使重整水與原料進行水蒸氣重整反應(yīng)從而產(chǎn)生含氫氣體的具 有重整催化劑的重整器101，加熱重整器101并供給水蒸氣重整反應(yīng)所
需要的熱的燃燒器(burner) 102 (燃燒器)，供給在燃燒器102中的燃 燒所必要的空氣的燃燒器空氣供給裝置108 (燃燒用空氣供給器)，由 轉(zhuǎn)化反應(yīng)降低從重整器101排出的含氫氣體中的一氧化碳的具有轉(zhuǎn)化 反應(yīng)催化劑的轉(zhuǎn)化器103，通過與從外部供給的空氣中的氧的選擇氧化 反應(yīng)而減少從轉(zhuǎn)化器103排出的含氫氣體中的一氧化碳的具有選擇氧 化催化劑的凈化器104，以及使從凈化器104排出的含氫氣體(燃料氣 體)與氧化劑氣體發(fā)生反應(yīng)從而進行發(fā)電的燃料電池105。燃料電池 105的燃料氣體的出口和燃燒器102的燃料氣體的入口是用配管進行 連接的。在重整器101中，使重整水蒸發(fā)并產(chǎn)生水蒸氣的作為本發(fā)明 的水蒸發(fā)器的一個例子的重整水蒸發(fā)部106是鄰接于燃燒器102而設(shè) 置的。由重整水供給裝置107和重整水蒸發(fā)部106構(gòu)成作為本發(fā)明的 第二氣體供給器的一個例子的水蒸發(fā)供給器。
在重整水供給裝置107中例如使用泵。在燃燒器102中例如使用 火焰燃燒器。在燃燒器空氣供給裝置108中例如使用鼓風機或者泵等。 在燃料電池105中例如使用高分子電解質(zhì)型燃料電池。在原料供給裝 置118中例如使用連接城市燃氣管道的電磁閥。
在將從凈化器104排出的含氫氣體供給至燃料電池105的配管上， 設(shè)置著第一三通閥109。另外，在將從燃料電池105排出的含氫氣體(尾 氣)供給至燃燒器102的配管上，設(shè)置著第二三通閥110。第一三通閥 109和第二三通閥110由旁路流路進行連接，根據(jù)需要不經(jīng)由燃料電池 105而直接把從凈化器104排出的氣體送往燃燒器102。
接著，就控制系統(tǒng)作如下說明。如圖1所示，本實施方式所涉及 的燃料電池系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)具備作為本發(fā)明的控制器的一個例 子的控制裝置111，檢測重整器101的溫度(也可以是重整水蒸發(fā)部 106的溫度)的重整器溫度檢測器112，檢測轉(zhuǎn)化器103的溫度的轉(zhuǎn)化 器溫度檢測器113，檢測凈化器104的溫度的凈化器溫度檢測器114。 控制裝置111具備計時裝置115、 CPU116以及存儲器117。為了控制 燃料電池系統(tǒng)100的運行，控制裝置111與重整器溫度檢測器112、轉(zhuǎn)化器溫度檢測器113、凈化器溫度檢測器114、重整水供給裝置107、
燃燒器空氣供給裝置108、第一三通閥109、第二三通閥110進行可通 信地連接。存儲器117存儲燃料電池系統(tǒng)100的運行所需要的動作程 序等，同時，也適當存儲控制裝置111所接收的檢測信息，根據(jù)該動 作程序以及從計時裝置115送出的時刻信息等運行燃料電池系統(tǒng)。還 有，控制裝置111或者CPU116等的數(shù)目也可以是多個。g卩，燃料電池 系統(tǒng)100的控制既可以是集中控制也可以是分散控制。
接著，就利用燃料電池系統(tǒng)100的發(fā)電工作的概況加以說明。在 重整器101的內(nèi)部，從重整水供給裝置107供給的水(重整水)在重 整水蒸發(fā)部106中由從燃燒器102供給的熱而蒸發(fā)，并成為水蒸氣。 由重整器101內(nèi)部的重整催化劑催化該水蒸氣與從原料供給裝置118 供給的原料氣體的水蒸氣重整反應(yīng)，從而產(chǎn)生含有氫、二氧化碳以及 一氧化碳的含氫氣體。來自于重整水供給裝置107的重整水的供給量 以及來自于原料供給裝置118的原料氣體的供給量由控制裝置111來 控制。
在重整器101中所產(chǎn)生的含氫氣體被供給至轉(zhuǎn)化器103。在轉(zhuǎn)化器 103中，通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)，含氫氣體中的水蒸氣和一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫和二 氧化碳。通過該反應(yīng)，含氫氣體中的一氧化碳的濃度被降低。從重整 器101供給的含氫氣體為高溫氣體，通過該氣體在轉(zhuǎn)化器103的內(nèi)部 流通，從而加熱轉(zhuǎn)化器103。轉(zhuǎn)化器103的溫度由轉(zhuǎn)化器溫度檢測器 113檢測，檢測信息被送往控制裝置111?？刂蒲b置lll根據(jù)檢測得到 的溫度，通過未圖示的轉(zhuǎn)化器溫度調(diào)節(jié)手段(例如加熱器或者冷卻風 扇)將轉(zhuǎn)化器103的溫度調(diào)節(jié)至適合于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度。
在轉(zhuǎn)化器103中降低了一氧化碳濃度的含氫氣體被供給至凈化器 104。在凈化器104中，通過選擇氧化催化劑催化的選擇氧化反應(yīng)，含 氫氣體中的一氧化碳被選擇性地氧化，從而轉(zhuǎn)化成了二氧化碳。在選 擇氧化反應(yīng)中，使用從未圖示的空氣供給器供給的空氣中的氧。通過 該反應(yīng)，進一步降低含氫氣體中的一氧化碳的濃度。供給至凈化器104 的含氫氣體依然是高溫氣體，通過該氣體在凈化器104內(nèi)部作流通， 從而加熱凈化器104。凈化器104的溫度由凈化器溫度檢測器114檢測， 檢測信息被送往控制裝置111?？刂蒲b置U1根據(jù)被檢測的溫度，由未圖示的凈化器溫度調(diào)節(jié)手段(例如加熱器或者冷卻風扇)將凈化器104 的溫度調(diào)節(jié)至適合于選擇氧化反應(yīng)的溫度。
在通常發(fā)電的時候，由控制裝置111控制第一三通閥109以形成
連接凈化器104和燃料電池105的氣體流路。通過該控制，由凈化器 104降低了一氧化碳濃度的含氫氣體被供給到燃料電池105的陽極側(cè)。 另外，空氣等作為氧化劑氣體從未圖示的氧化劑氣體供給裝置被供給 至燃料電池105的陰極側(cè)。在燃料電池105中，供給至陽極側(cè)的含氫 氣體與供給至陰極側(cè)的氧化劑氣體發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生熱和電。所產(chǎn) 生的熱和電從燃料電池105中被取出，由家庭等的需要者加以使用。
燃料電池105的陽極側(cè)和陰極側(cè)由高分子電解質(zhì)膜等進行隔離， 含氫氣體和氧化劑氣體不相混合而被分別排出。在通常發(fā)電的時候， 第二三通閥110受控制裝置111控制以形成連接燃料電池105和燃燒 器102的氣體流路。通過該控制，從燃料電池105排出的含氫氣體被 導入到燃燒器102的燃料氣體的入口。供給至燃燒器102的含氫氣體 與從燃燒器空氣供給裝置108供給的空氣相混合，并進行燃燒。在通 常發(fā)電的時候，來自于燃燒器空氣供給裝置108的空氣的供給量由控 制裝置111進行控制而維持最佳燃燒狀態(tài)。來自于燃燒器102的排放 氣體(燃燒器排放氣體)被排放至系統(tǒng)外。重整器101由燃燒器102 加熱。控制裝置111根據(jù)從重整器溫度檢測器112所接收的溫度檢測 信息來調(diào)節(jié)供給至重整器101的原料氣體的量等。由該控制，通過供 給至燃燒器102的氣體量而調(diào)節(jié)燃燒器102所產(chǎn)生的熱量，重整器101 的溫度被維持在適合于水蒸氣重整反應(yīng)的溫度。
以下就作為本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的特征的啟動時的工 作加以說明。燃料電池系統(tǒng)100在啟動時與從重整水供給裝置107供 給重整水的工作相聯(lián)動而使燃燒器空氣供給裝置108進行工作以增加 給燃燒器102的空氣供給量。以下就其工作進行詳細說明。
在燃料電池系統(tǒng)100啟動的時候，控制裝置111在停止重整水供 給裝置107的狀態(tài)下，從原料供給裝置118向重整器101供給原料氣 體。第一三通閥109以及第二三通閥110被控制成使得從凈化器104 排出的氣體不經(jīng)由燃料電池105而通過旁路流路。由該控制，從原料 供給裝置118供給的原料氣體通過重整器101、轉(zhuǎn)化器103、凈化器104以及旁路流路，從而在燃燒器102中被燃燒。由來自于燃燒器102的
燃燒熱加熱重整器101。轉(zhuǎn)化器103和凈化器104由從重整器101排出
的高溫氣體的流通而被間接地加熱。
重整器IOI (重整水蒸發(fā)部106)的溫度在充分上升之后，通過控 制裝置111開始重整水供給裝置107的運行，從而向重整器101供給 重整水。重整水蒸發(fā)部106的溫度達到足夠的高溫，所以被供給的重 整水被蒸發(fā)而變成了水蒸氣，與原料氣體發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生含氫氣體。 在此，在啟動時重整器101的溫度較低，即使供給重整水也不會蒸發(fā)。 因此，在剛啟動之后即使供給重整水，也會由于液體的水而在氣體流 路中發(fā)生堵塞等。通過在重整水蒸發(fā)部106的溫度充分上升之后再向 重整器101供給重整水，就能夠防止該問題。
重整器101的溫度、轉(zhuǎn)化器103的溫度、凈化器104的溫度在上 升到能夠充分降低含氫氣體中的一氧化碳濃度的程度為止之后，由控 制裝置111切換第一三通閥109以及第二三通閥110，使含氫氣體向燃 料電池105供給。如果在含氫氣體中的一氧化碳濃度沒有被充分降低 的情況下向燃料電池105進行供給，那么就會產(chǎn)生燃料電池105的電 極催化劑等中毒而降低發(fā)電效率等的嚴重的問題。通過在重整器101、 轉(zhuǎn)化器103以及凈化器104的溫度上升之后將含氫氣體向燃料電池105 進行供給，可以防止該問題。
在該控制中，在開始供給重整水之后產(chǎn)生水蒸氣，重整器中的氣 體的體積急劇膨脹。膨脹了的氣體擠壓出下游(氣體流動中的下游， 下同)的氣體。在開始供給重整水的時刻，水蒸氣或者氫等不存在于 下游，100%的原料氣體被充滿于氣體流路。通過由水蒸氣擠壓出下游 的氣體，給燃燒器102的原料氣體的供給量也會增加。在給燃燒器102 的空氣的供給量保持固定的情況下，原料氣體變得過剩，引起不完全 燃燒，從而產(chǎn)生數(shù)千ppm的高濃度的一氧化碳。或者，由于氧不夠也 會有燃燒器102的火完全熄滅(沒燒盡而自滅)的情況。 一氧化碳是 對人體有害的，最好是控制在300ppm以下。為了進行穩(wěn)定了的啟動， 在開始供給重整水的時候，需要將充分的空氣供給至燃燒器102。為了 抑制在重整水開始被供給時的一氧化碳的產(chǎn)生或者火焰沒燒盡而自 滅，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100在開始供給重整水的時候(與開始供給重整水相聯(lián)動)，以增加給燃燒器102的空氣供給量的方式使燃 燒器空氣供給裝置108進行工作。該工作是通過控制裝置111控制燃 燒器空氣供給裝置108來進行的。具體是例如通過提高構(gòu)成燃燒器空
氣供給裝置108的鼓風機的轉(zhuǎn)數(shù)等來進行。
圖2是表示在圖1的燃料電池系統(tǒng)啟動時的各個階段上的氣體的
總流量、給燃燒器的原料氣體供給量、供給至燃燒器的氣體中的原料 氣體濃度、在燃燒器中的完全燃燒所需要的空氣供給量的表。流量以
及供給量的單位為升(L/分)、濃度的單位為百分比(％)。以下參照圖 2就啟動時的各個階段上的氣體的流量以及濃度加以說明。
如圖2所示，供給重整水之前的階段(圖2的左側(cè)之列)上，在 啟動時的燃料氣體流路中(在啟動時從重整器101到燃燒器102的氣 體流路，即從重整水蒸發(fā)部106經(jīng)過轉(zhuǎn)化器103、凈化器104、第一三 通閥109、旁路流路以及第二三通閥110而到達燃燒器102的氣體流路， 下同)進行流通的氣體的總流量是等于原料氣體的供給量Qmat。在該 階段上，在啟動時燃料氣體流路中充滿著100°/。濃度的原料氣體，所以 給燃燒器的原料氣體供給量成為等于Qmat。如果與為了使原料氣體完 全燃燒所需要的空氣的體積比為a，那么為了在燃燒器102中使氣體完 全燃燒，需要供給aQmat的空氣。
在剛供給重整水之后的階段(圖2的中間之列)上，重整水在重 整水蒸發(fā)部106中蒸發(fā)從而產(chǎn)生水蒸氣。如果所產(chǎn)生的水蒸氣的量為 Qwat，那么在啟動時在燃料氣體流路中進行流通的氣體的總流量為原 料氣體和水蒸氣的合計Qmat+Qwat。另一方面，所產(chǎn)生的水蒸氣并不 是立即充滿啟動時的燃料氣體流路，所以在剛供給重整水之后供給至 燃燒器102的氣體中的原料氣體濃度依然是100%。因此，供給至燃燒 器102的原料氣體的量為Qmat+Qwat，與重整水供給前相比較僅僅增 加了Qwat。因此，為了在燃燒器102中使原料氣體完全燃燒所需要的 空氣供給量也只增加aQwat。
例如，啟動時的原料氣體的供給量Qmat為1.5L/分，重整水的供 給量為3.6mL/分。水在蒸發(fā)時體積膨脹至大約1700倍，所以水蒸氣的 產(chǎn)生量Qwat為6.12L/分。因此，需要的空氣供給量為大約5倍。此時， 為了抑制燃燒器102的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加，在一定程度上需要準確地進行空氣供給量的控制。具體是， 在增加來自于燃燒器空氣供給裝置108的空氣供給量的時候，最好是 與增加前相比較增加成容納在1.3倍~5倍的范圍內(nèi)。
重整水被供給之后，經(jīng)過指定的時間，水蒸氣與原料氣體充分地 混合并充滿于啟動時的燃料氣體流路中，在此階段(圖2的右側(cè)之列)
上，氣體的總流量依然是Qmat+Qwat。可是，在供給至燃燒器的氣體 中也混入了水蒸氣，所以原料氣體濃度變得低于剛供給重整水之后。 如果不考慮由于水蒸氣重整反應(yīng)而引起的原料氣體的減少，那么供給 至燃燒器的氣體中的原料氣體濃度(體積比)就為 QmatxlOO/(Qmat+Qwat)%。因此，供給至燃燒器102的原料氣體的凈 供給量為Qmat，為了在燃燒器102中完全燃燒氣體所需要的空氣供給 量也回到了重整水供給前的aQmat。
圖3是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)啟動后的在燃燒器中的 空氣比的變化的圖。所謂空氣比是將空氣和燃料的比(空氣/燃料)除 以從分子的摩爾數(shù)等進行演算得到的完全燃燒所需要的空氣和燃料的 比(理論值)所得到的值。在實際的運行過程中，即使按照理論值供 給空氣也不會達到完全燃燒，所以要過剩地供給空氣，空氣比設(shè)定在l 以上?？諝夤┙o量如果增加了，那么空氣比也增加。在圖3中，tl表 示開始增加空氣供給量的時刻，t2表示開始供給重整水的時刻，t3表 示開始減少空氣供給量的時刻，t4表示空氣供給量返回到重整水供給 前的時刻。
在此，如圖所示，優(yōu)選空氣供給量與開始供給重整水的動作相聯(lián) 動而慢慢地增加。這是因為如果與重整水的供給同時急劇地增加空氣 供給量，那么燃燒器的火就會有被吹滅的可能性。增加的圖形既可以 是平滑性的也可以是階梯狀的。另外，優(yōu)選空氣供給量相應(yīng)于氣體中 的原料氣體濃度而慢慢地減少。這是因為隨著啟動時水蒸氣漸漸充滿 于燃料氣體流路，原料氣體的濃度也漸漸降低。通過該控制，根據(jù)原 料氣體的供給量或者濃度而將適宜量的空氣供給至燃燒器102，從而確 保穩(wěn)定的啟動運行。
增加空氣供給量的時機并不局限于圖3所表示的，可以根據(jù)重整 水的供給開始的時機而做各種各樣的決定。例如，在慢慢地增加重整水的供給的情況下，因為氣體的總流量的增加也變得緩慢，所以也可 以與重整水的供給開始同時，開始增加空氣供給量?；蛘?，在根據(jù)裝 置構(gòu)成基本上沒有沒燒盡而自滅的可能性的情況等之下，也可以與重 整水的供給開始同時地一次性增加空氣量。也可以先于或者后于重整 水的供給開始的時機規(guī)定的時間來增加給燃燒器102的空氣供給量。
減少空氣供給量的時機可以相應(yīng)于各個裝置的具體的構(gòu)成或者向 燃燒器供給的氣體中的原料氣體濃度等的燃燒條件而作適當調(diào)節(jié)。因 此，雖然不可能理論性地或者唯一地來決定減少空氣供給量的時機， 但是例如可以根據(jù)如下的見解調(diào)節(jié)減少空氣供給量的時機。
將模型簡化，在供給重整水的瞬間蒸發(fā)重整水的總量從而一下子 增加氣體流量，之后，使完全混合的氣體流通。進一步假設(shè)重整水供 給前后的氣體不作攙混。在該假設(shè)的條件之下，設(shè)啟動時燃料氣體流
路的容積為V，在經(jīng)過V/(Qmat+Qwat)分的時間之后，包含水蒸氣的氣 體到達燃燒器102。因此，就能夠以這個值作為基準來調(diào)節(jié)減少空氣供 給量的時機。實際上不會發(fā)生如上所述理想的反應(yīng)，所以優(yōu)選加上反 應(yīng)率或者混合率等來調(diào)節(jié)減少空氣供給量的時機。例如，在上述說明 中為大約1700倍的重整水的膨脹率在實際中更低，并且隨著時間而變 動，所以也可以由測定實際的值的結(jié)果演算空氣供給量。
或者，也可以使用其它的模型。在供給重整水的瞬間水蒸氣重整 反應(yīng)開始，之后，原料氣體完全消耗而使含氫氣體進行流通。進一步 假設(shè)重整水供給前后的氣體不作攙混。在該假設(shè)的條件之下，在含氫 氣體在到達燃燒器102的時點原料氣體的濃度變?yōu)榱悖粫挟a(chǎn)生高 濃度的一氧化碳的危險性，所以可以減少空氣供給量。在實際中不會 發(fā)生如上所述的理想的反應(yīng)，所以優(yōu)選加上反應(yīng)率或者混合率等來調(diào) 節(jié)減少空氣供給量的時機。
還有，空氣供給量并不一定需要返回到原來的量。優(yōu)選根據(jù)供給 至燃燒器102的原料氣體或者氫的濃度來將空氣供給量調(diào)節(jié)至適宜的 范圍內(nèi)。例如，在將城市燃氣(13A氣體)使用于原料氣體的時候， 難以發(fā)生完全燃燒，所以較多情況是將空氣比設(shè)定得較高。相對于此， 因為氫容易發(fā)生完全燃燒，所以在流量相同的情況下即使較低地設(shè)定 空氣比，也不容易發(fā)生不完全燃燒。通過考慮該參數(shù)而調(diào)節(jié)空氣供給量，能夠進一步提高能量效率。在本實施方式中，不監(jiān)控各個參數(shù)， 而是在經(jīng)過從模型實驗等求得的指定時間的階段中減少空氣供給量。 當然，也可以監(jiān)控各個參數(shù)來進行控制。
以下就本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100啟動時的運行方法加以說 明。圖4是表示在第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)啟動時的由控制裝置 111進行的控制的流程圖。以下參照附圖進行說明。
在開始燃料電池系統(tǒng)100的運行時，首先從原料供給裝置118開
始供給原料，燃燒器102被點火(步驟S101)。此時，原料氣體在燃料 電池105中不流通而經(jīng)由旁路流路到達燃燒器102。接著，進行重整器 溫度檢測器112所檢測的重整器101的溫度是否達到指定溫度的判定 (步驟S102)，如果達到了指定溫度，那么通過控制裝置lll控制燃燒 器空氣供給裝置108以增加給燃燒器102的空氣供給量(步驟S103)。 步驟S103開始的時點相當于圖3的tl。接著，通過重整水供給裝置107 開始重整水的供給(步驟S104)。步驟S104相當于圖3的t2。重整水 供給開始后，經(jīng)過指定時間之后(步驟S105),燃燒器空氣供給裝置 108由控制裝置111控制以減少給燃燒器102的空氣供給量(步驟 S106)。步驟S106開始的時點相當于圖3的t3?？諝夤┙o量慢慢地減 少，在t4達到與tl相同水平。在步驟S106之后，如果轉(zhuǎn)化器溫度檢 測器113所檢測的轉(zhuǎn)化器103的溫度以及凈化器溫度檢測器114所檢 測的凈化器104的溫度達到指定溫度(步驟S107)，那么通過控制裝置 111切換第一三通閥109以及第二三通閥110，從而開始從凈化器104 向燃料電池105的含氫氣體的供給(步驟S108)。由含氫氣體的供給開 始，而開始發(fā)電(步驟S109)，而結(jié)束啟動工作。
如上所述，步驟S103的空氣供給量增加的控制的時機是根據(jù)步驟 S104的重整水供給開始的時機來決定的。用于步驟S102的判定的指定 溫度并不一定需要是對于重整水的蒸發(fā)充分的溫度，考慮到對于增加 空氣供給量所需要的時間和溫度的上升速度，也可以設(shè)定為更加低的 溫度。在圖4的例子中，在增加給燃燒器的空氣供給量之后開始供給 重整水。但是，并不一定任意的一方要先于另一方，二者也可以同時 進行。用于步驟105的判定的指定時間是通過進行模型實驗等并研究 應(yīng)該減少給燃燒器102的空氣供給量的時機來決定的。還有，所謂的"控制燃燒器空氣供給裝置108以增加給燃燒器102 的空氣供給量"并不一定限于實際上增加給燃燒器102的空氣供給量
的意思，只要是"沿著增加給燃燒器102的空氣供給量的方向來控制 燃燒器空氣供給裝置108"就可以。具體為，在燃燒器空氣供給裝置 108是用于調(diào)節(jié)空氣流量的調(diào)節(jié)閥的情況下，只要增大該調(diào)節(jié)閥的開度 即可。另外，在燃燒器空氣供給裝置108是鼓風機的情況下，只要增 大鼓風機的轉(zhuǎn)數(shù)即可。隨著給重整器的水供給的開始而增加給燃燒器 的原料氣體供給量的時候，燃燒器的背壓上升，空氣的供給壓力相對 地降低，此時估計實際上給燃燒器的空氣供給量不會增加以滿足求得 的空氣比。然而，如上所述，通過"沿著增加給燃燒器102的空氣供 給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝置108"，從而空氣的供給壓力也 對應(yīng)于上升的背壓而上升，所以空氣不足被抑制，從而至少獲得了抑 制關(guān)于沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳產(chǎn)生的增加這些 問題的效果。
根據(jù)以上那樣的構(gòu)成以及動作，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100 與重整水的供給的開始相聯(lián)動而沿著增加給燃燒器102的空氣供給量 的方向控制燃燒器空氣供給裝置108，所以可以抑制在重整水的供給開 始時容易發(fā)生的一氧化碳的產(chǎn)生或者燃燒器的沒燒盡而自滅。
另外，除了啟動時之外還有，在燃燒器使用在氫生成裝置內(nèi)進行 流通的含有原料氣體的可燃性氣體而正在燃燒的狀態(tài)中，只要是在運 行中開始來自重整水供給裝置107的重整水供給的情況，那么即使是 在該情況下，通過與從重整水供給裝置107的水供給的開始相聯(lián)動而 沿著增加給燃燒器102的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝 置108，就可以抑制沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的 增加。
(第二實施方式)
第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)100與給重整器的重整水的供給開 始相聯(lián)動而增加給燃燒器的空氣供給量，相對于此，本發(fā)明的第二實 施方式的燃料電池系統(tǒng)200是與給轉(zhuǎn)化器的空氣的供給開始而增加給 燃燒器的空氣供給量，在這一點上有所不同。圖5是表示第二實施方 式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子的框圖。以下參照附圖就本實施方式的燃料電池系統(tǒng)200加以說明。
燃料電池系統(tǒng)200省略了燃料電池系統(tǒng)100的重整水供給裝置 107，新增加了作為本發(fā)明的第二氣體供給器的一個例子的轉(zhuǎn)化空氣供 給裝置207。關(guān)于其它的構(gòu)成與燃料電池系統(tǒng)100相同，所以在各個構(gòu) 成要素上標注相同的名稱而省略說明。
轉(zhuǎn)化空氣供給裝置207例如是由泵或者鼓風機構(gòu)成，根據(jù)控制裝 置211的控制而向轉(zhuǎn)化器203供給空氣。通過向轉(zhuǎn)化器203供給空氣， 在內(nèi)部進行流通的原料氣體或者含氫氣體與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn) 生熱，從而對轉(zhuǎn)化器203的快速升溫或者對轉(zhuǎn)化反應(yīng)的適宜的溫度的 維持做出貢獻。
在燃料電池系統(tǒng)200剛啟動之后，轉(zhuǎn)化空氣供給裝置207被停止。 啟動后，在轉(zhuǎn)化器溫度檢測器213到達指定溫度的階段，開始給轉(zhuǎn)化 器203的空氣供給。此時，與在第一實施方式中所敘述的同樣，盡管 供給至燃燒器202的氣體中的原料氣體的濃度是一定的，但由于新的 氣體的導入而增加在啟動時在燃料氣體流路中流動的氣體的總流量。 因此，只要給燃燒器202的空氣供給量一定，那么就可能引起燃燒器 202的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加。在燃料 電池系統(tǒng)200中，通過與給轉(zhuǎn)化器203的空氣供給相聯(lián)動而沿著增加 給燃燒器202的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝置208，從 而可以抑制在啟動時的燃燒器202的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體 中的一氧化碳量的增加。
關(guān)于在本實施方式中的空氣供給量的增加的控制方法或者控制時 機的調(diào)節(jié)，與第一實施方式相同，所以省略說明。還有，在本實施方 式中供給至啟動時的燃料氣體流路的不是水而是空氣。因此，不需要 考慮由于水的蒸發(fā)而引起的體積膨脹，只要控制燃燒器空氣供給裝置 208從而以相當于簡單供給的空氣量的比例來增加給燃燒器202的空 氣供給量即可。另外，在本實施方式中，如果向轉(zhuǎn)化器203中的啟動 時的燃料氣體流路供給空氣，那么因為空氣中的氧與含氫氣體中的氫 等發(fā)生反應(yīng)而被消耗，所以氣體體積縮小總流量也減少。優(yōu)選再加上 該效果而通過燃燒器空氣供給裝置208來控制給燃燒器202的空氣供 給量。還有，所謂的"控制燃燒器空氣供給裝置208以增加給燃燒器202 的空氣供給量"，在本實施方式中也與實施方式一同樣，并不一定限于
實際上增加給燃燒器202的空氣供給量的意思，只要是"沿著增加給 燃燒器202的空氣供給量的方向控制燃燒器空氣供給裝置208"就可 以。這是因為也設(shè)想了以下情況，即如果在向轉(zhuǎn)化器供給空氣的時候 的量為較多量，那么燃燒器的背壓頗有上升，空氣的供給壓力相對降 低。
另外，除了啟動時之外還有，在燃燒器使用在氫生成裝置內(nèi)進行 流通的含有原料氣體的可燃性氣體進行燃燒的狀態(tài)下，如果有在運行 中從轉(zhuǎn)化空氣供給裝置207開始空氣供給的情況，那么即使是在該情 況下，也可以通過與從轉(zhuǎn)化空氣供給裝置207的空氣供給的開始相聯(lián) 動而沿著增加給燃燒器202的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供 給裝置208，從而抑制沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量 的增加。
(第3實施方式)
第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)100與給重整器的重整水的供給開 始相聯(lián)動而控制燃燒器空氣供給裝置108以增加給燃燒器的空氣供給 量，相對于此，本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)300是與 給凈化器的空氣的供給開始相聯(lián)動而控制燃燒器空氣供給裝置308以 增加給燃燒器的空氣供給量，在這一點上有所不同。圖6是表示第三 實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成的一個例子的框圖。以下參照附 圖就本實施方式的燃料電池系統(tǒng)300加以說明。
燃料電池系統(tǒng)300省略了燃料電池系統(tǒng)100的重整水供給裝置 107，將在第一實施方式以及第二實施方式中未圖示的作為本發(fā)明的第 二氣體供給器的一個例子的凈化空氣供給裝置307作為控制對象。關(guān) 于其它的構(gòu)成，與燃料電池系統(tǒng)100相同，所以在各個構(gòu)成要素上標 注相同的名稱并省略說明。
凈化空氣供給裝置307例如是由泵或者鼓風機構(gòu)成，并根據(jù)控制 裝置211的控制而向凈化器303供給空氣。在凈化器203中，通過選 擇氧化反應(yīng)而降低含氫氣體中的一氧化碳濃度。在選擇氧化反應(yīng)中， 需要用于氧化一氧化碳的氧。凈化空氣供給裝置307向凈化器203供給空氣，由此供給選擇氧化反應(yīng)所需要的氧。另外，通過向凈化器203 供給空氣，由此在內(nèi)部進行流通的氣體中的一氧化碳或者氫與氧發(fā)生
反應(yīng)而產(chǎn)生熱，并對凈化器204的快速升溫或者對選擇氧化反應(yīng)的適
宜的溫度的維持做出貢獻。
在燃料電池系統(tǒng)300啟動的時候，在剛啟動后凈化空氣供給裝置 307被停止，在凈化器溫度檢測器313到達指定溫度的階段，開始向凈 化器303的空氣供給。此時，與在第一實施方式中所述相同，盡管供 給至燃燒器302的氣體中的原料氣體的濃度是一定的，但由于新的氣 體的導入而增加在啟動時的燃料氣體流路中流動的氣體的總流量。因 此，如果給燃燒器302的空氣供給量一定，那么就可能引起燃燒器302 中的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳濃度的增加。在燃 料電池系統(tǒng)300中，通過與給轉(zhuǎn)化器303的空氣供給相聯(lián)動而沿著增 加給燃燒器302的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝置308， 從而可以抑制在啟動時的燃燒器302中的沒燒盡而自滅或者燃燒排放 氣體中的一氧化碳量的增加。
關(guān)于在本實施方式中的空氣供給量的增加的控制方法或者控制時 機的調(diào)節(jié)，與第一實施方式相同，所以省略說明。還有，在本實施方 式中供給至啟動時的燃料氣體流路的是空氣而不是水。因此，不需要 考慮由于水的蒸發(fā)而引起的體積膨脹，只要以相當于單單供給的空氣 量的比例來增加給燃燒器302的空氣供給量即可。另外，在本實施方 式中，如果向凈化器304中的啟動時的燃料氣體流路供給空氣，那么 空氣中的氧與含氫氣體中的氫發(fā)生反應(yīng)而被消耗，所以氣體體積縮小 總流量也減少。優(yōu)選再加上該效果而通過燃燒器空氣供給裝置308來 控制給燃燒器302的空氣供給量。
還有，所謂的"控制燃燒器空氣供給裝置308以增加給燃燒器302 的空氣供給量"，在本實施方式中也與實施方式一相同，不一定限于實 際上增加給燃燒器302的空氣供給量的意思，只要是"沿著增加給燃 燒器302的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝置308"就可 以。這是因為還設(shè)想了以下情況，即如果在向凈化器供給空氣的時候 的量為較多量，那么燃燒器的背壓將頗有上升，空氣的供給壓力相對 降低。另外，除了啟動時之外還有這樣的情況，即在燃燒器使用在氫生 成裝置內(nèi)進行流通的含有原料氣體的可燃性氣體進行燃燒的狀態(tài)下， 在運行中開始來自于凈化空氣供給裝置307的空氣供給。即使是在該
情況下，通過與從凈化空氣供給裝置307的空氣供給的開始相聯(lián)動而 沿著增加給燃燒器302的空氣供給量的方向來控制燃燒器空氣供給裝 置308，從而可以抑制沒燒盡而自滅或者由于不完全燃燒而引起的一氧 化碳的產(chǎn)生。
(第一實施方式至第三實施方式的變形例)
第一實施方式至第三實施方式可以是組合多個而組裝在一個燃料 電池系統(tǒng)中。例如，也可以形成具備重整水供給裝置和凈化空氣供給 裝置的構(gòu)成，并與重整水的供給開始以及給凈化器的空氣的供給開始 的動作相聯(lián)動，而增加給燃燒器的空氣供給量。供給水蒸氣或者空氣 等與原料氣體不同的其它的氣體的時機與向著增加給燃燒器的空氣供 給量的方向開始控制的時機，可以任一方在先，也可以二者同時進行。 只要是根據(jù)供給其它的氣體的時機來決定向著增加給燃燒器的空氣供 給量的方向進行控制的時機即可。
另外，第一實施方式至第三實施方式都是作為具備了燃料電池的 燃料電池系統(tǒng)來進行構(gòu)成的，但是也可以作為不具備燃料電池而具備 重整器、轉(zhuǎn)化器以及凈化器(或者轉(zhuǎn)化器和凈化器中的任一個)的氫 生成裝置或者氫生成裝置的運行方法來進行構(gòu)成。該構(gòu)成例如是將含 氫氣體供給至燃料電池的氫生成裝置，作為可以抑制在啟動時燃燒器 中的沒燒盡而自滅或者燃燒排放氣體中的一氧化碳量的增加的氫生成 裝置或者氫生成裝置的運行方法是有用的。
還有，在上述的說明中，重整器、轉(zhuǎn)化器、凈化器是分離的構(gòu)成， 但是也可以作為將重整器、轉(zhuǎn)化器以及凈化器配設(shè)于一個裝置的內(nèi)部 的一體型的氫生成裝置來加以構(gòu)成。
根據(jù)上述說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的諸多改良或 者其它的實施方式都很明顯。因此，上述說明應(yīng)該只是作為例示來解 釋，是為了給本領(lǐng)域技術(shù)人員教導實行本發(fā)明的最佳的方式而提供的。 只要不脫離本發(fā)明的精神，可以實質(zhì)性地變更其構(gòu)造以及/或者功能的 細節(jié)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)作為在使用在氫生成裝置內(nèi)進行流通的含 有原料氣體的可燃性氣體而在燃燒器中進行燃燒加熱的時候、可以抑 制在將與原料氣體不同的其它的氣體開始供給至重整器或者從重整器 到燃燒器的氣體流路的情況下的燃燒器中的沒燒盡而自滅或者一氧化 碳的產(chǎn)生的氫生成裝置、具備其的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法，是 有用的。
權(quán)利要求
1. 一種氫生成裝置，其特征在于具備重整器，由原料氣體生成含氫氣體，第一氣體供給器，供給所述原料氣體，燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加熱重整器，燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣，第二氣體供給器，對所述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器為止的流路供給與所述原料氣體不同的其它的氣體，以及控制器；在從所述第一氣體供給器向所述重整器供給所述原料氣體并在所述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時候，在開始從所述第二氣體供給器供給所述其它氣體的情況下，所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量。
2. 如權(quán)利要求l所述的氫生成裝置，其特征在于 所述第二氣體供給器是向所述重整器供給水蒸氣的水蒸氣供給器，在開始從所述水蒸氣供給器供給水蒸氣的情況下，所述控制器控 制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量。
3. 如權(quán)利要求2所述的氫生成裝置，其特征在于.-所述水蒸氣供給器具備水供給器和水蒸發(fā)器，所述水蒸發(fā)器用于使從所述水供給器供給的水蒸發(fā)并將得到的水蒸氣供給至所述重整 器；在開始從所述水供給器供給水的情況下，所述控制器控制所述燃 燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量。
4. 如權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征為 在開始從所述水供給器供給水之前，所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以慢慢增加給所述燃燒器的空氣的供給量。
5.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于 具備轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)降低所述含氫氣體中的一氧 化碳濃度；所述第二氣體供給器是向所述轉(zhuǎn)化器供給空氣的第一空氣供給器，在從第一空氣供給器對所述轉(zhuǎn)化器開始供給空氣的情況下，所述 控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給
6. 如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于 具備凈化器，該凈化器通過選擇氧化反應(yīng)而降低所述含氫氣體中的一氧化碳濃度；所述第二氣體供給器是向所述凈化器供給空氣的第二空氣供給器，在從所述第二空氣供給器對所述凈化器開始供給空氣的情況下， 所述控制器控制所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的 供給。
7. 如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于 在增加給所述燃燒器的空氣的供給后，經(jīng)過指定的時間之后，所述控制器進行控制以減少給所述燃燒器的空氣的供給量。
8. —種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于具備如權(quán)利要求1 7的任意一項所述的氫生成裝置以及使用由所 述氫生成裝置供給的含氫氣體進行發(fā)電的燃料電池。
9. 一種氫生成裝置的運行方法，其特征在于 所述氫生成裝置具備重整器，由原料氣體生成含氫氣體，第一氣體供給器，供給所述原料氣體，燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加熱重整器， 燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣，以及 第二氣體供給器，對所述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器為止的流路供給與所述原料氣體不同的其它的氣體，在從所述第一氣體供給器向所述重整器供給所述原料氣體并在所述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時候，在開始從所述第二氣體供給器供給所述其它氣體的情況下，所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃燒器的空氣的供給量的方式進行工作。
10. —種燃料電池系統(tǒng)的運行方法，其特征在于所述燃料電池系統(tǒng)具備重整器，由原料氣體生成含氫氣體，第一氣體供給器，供給所述原料氣體，燃燒器，燃燒從所述重整器排出的排出氣體并加熱重整器， 燃燒用空氣供給器，向所述燃燒器供給空氣，第二氣體供給器，對所述重整器或者從所述重整器至所述燃燒器 為止的流路供給與所述原料氣體不同的其它的氣體，以及 燃料電池，使用所述含氫氣體進行發(fā)電；在從所述第一氣體供給器向所述重整器供給所述原料氣體并在所 述燃燒器中燃燒所述排出氣體的時候，在開始從所述第二氣體供給器 供給所述其它氣體的情況下，所述燃燒用空氣供給器以增加給所述燃 燒器的空氣的供給量的方式進行工作。
全文摘要
本發(fā)明提供氫生成裝置、具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)以及其運行方法。本發(fā)明的氫生成裝置具備由水蒸氣和原料氣體生成含氫氣體的重整器、供給原料氣體的第一氣體供給器、燃燒從重整器排出的排出氣體并加熱重整器的燃燒器、將空氣供給至燃燒器的燃燒用空氣供給器、對重整器或者從重整器至燃燒器為止的流路供給與原料氣體不同的其它氣體的第二氣體供給器、控制器；從第一氣體供給器向重整器供給原料氣體并在燃燒器中燃燒排出氣體的時候(S101)，在從第二氣體供給器開始供給其它的氣體的情況下(S104)，上述控制器控制燃燒用空氣供給器以增加給燃燒器的空氣的供給量(S103)。
文檔編號C01B3/38GK101421181SQ200780013288
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者小原英夫, 尾關(guān)正高, 末廣真紀, 田口清 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社